Avaliação numérica do comportamento de vigas mistas aço-betão do tipo "Slim Floor"

Abstract

O uso de soluções estruturais com vigas mistas do tipo “slim floor” tem vindo a ser frequente em edifícios metálicos e mistos, pois conduzem a soluções mais leves e, portanto a um melhor aproveitamento da altura útil entre os pavimentos, quando comparadas com as soluções convencionais. Esta solução estrutural ainda não é contemplada diretamente no Eurocódigo 4 (CEN, 2004b), apesar de em alguns países (ex. Reino Unido) já existirem normas que permitem o enquadramento legal destas soluções. A presente tese pretende levar a cabo um estudo sobre o comportamento, em termos de resistência e rigidez, de várias soluções estruturais de vigas mistas do tipo “slim floor”. Tendo em conta que foram considerados diferentes tipos de vigas de aço (perfis assimétricos H, T e perfis fechados), que dependerão do espectro de alturas dos pavimentos contemplados, podendo estes incorporar conectores ou outro tipo de conexão. É importante referir que na constituição de alguns pavimentos será incluída uma chapa perfilada colaborante, de forma a aprimorar os resultados. A análise das diferentes tipologias de vigas mistas do tipo “slim floor” será realizada essencialmente por via numérica, recorrendo ao programa de cálculo “Abaqus®”. O referido programa permite efetuar um cálculo com base no método dos elementos finitos. Desta forma será estudada a influência de vários parâmetros, com especial destaque à variação da largura efetiva do banzo de betão. Em geral, as vigas mistas são modeladas com conexão total mas, apesar disso, foi também avaliada a possibilidade de os modelos numéricos desenvolvidos serem usados para a modelação de vigas mistas em conexão através de conectores. Os resultados obtidos no âmbito da presente tese servirão não só de base a ensaios experimentais a realizar no futuro, como também abrirão portas a novos estudos sobre a influência de diversos parâmetros importantes neste domínio e de alargar o âmbito de estudo em termos de diferentes geometrias de vigas mistas.

Through the ages, “slim floor” composite beam types begin to be used very often in mixed metal buildings as they lead to lighter solutions and improved utilization of the useful height between decks when compared with conventional solutions. Although some countries have already their own standards (eg. United Kingdom), this solution as not yet been addressed in Eurocode 4 (CEN, 2004b). This thesis intends to undertake a study on the behavior, in terms of strength and stiffness of various structural solutions for composite beams such as “slim floor”, considering different types of steel beams (asymmetric profiles H,T and closed sections) which will depend on the height of the floors range considered, and these may incorporate connectors or any other type of connection. In the constitution of some floors, the cooperating profiled sheet will be included. The analysis of different types of composite beams such as “slim floor” will be held mostly numerically, using the calculus program "Abaqus®". This software allows the utilization of the finite element method. The influence of various parameters will be studied, with particular emphasis in the variation of the effective width of the concrete flange. It will also be made a slightly comparison between numerical models using full connection and partial connection. The results obtained in the framework of this thesis will serve not only as a basis for experimental trials to be conducted in the future, but will also open doors to new studies on the influence of several parameters and different geometries of composite beams.